生体計測用超高感度電子スピン共鳴スペクトロスコピーの開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750340
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 平田 拓 山形大学, 工学部・電気電子工学科, 助教授 (60250958)
• Keywords: マイクロ波発振器 / 空洞共振器 / 共振尖鋭度 / 自動マッチング制御 / フィードバック制御 / 線形制御理論 / 生体計測 / 電子スピン共鳴

Research Abstract

初年度にあたる平成14年度は二つのサブプロジェクトを実施した。
サブプロジェクト1:超低雑音マイクロ波発振器の開発
共振周波数1.1GHzのマイクロ波空洞共振器について実験を行った。このサブプロジェクトの目標は、共振尖鋭度が可能な限り高く、挿入損ができるだけ少ない共振器を実現することである。入力及び出力の結合ループの寸法により共振尖鋭度及び挿入損が変化し、二つの条件はトレードオフの関係にある。実験では共振尖鋭度が約94,000、挿入損が-5.9dBの空洞共振器を実現した。共振尖鋭度の大きな共振器は低雑音発振器に必須であり、9万以上の共振尖鋭度は試作段階の共振器としては十分に高い値であると言える。今後、上記空洞共振器と組み合わせる増幅器を試作し、低雑音のマイクロ波発振器を開発中する予定である。
サブプロジェクト2:システム帯域幅100Hz以上の自動マッチング制御回路の開発
動物実験の擾乱は主に呼吸と心拍、その他腸などの生理的な動きに由来する。最も動きの速い外乱は心臓の動きであり、十分にインピーダンスマッチングを安定化するためには100Hz程度の周波数をカバーすることが必要であると考えられる。まず初めに、自動マッチング制御システムを線形制御理論に基づいて開ループ伝達関数および閉ループ伝達関数を定式化した。さらに、外乱を抑圧がフィードバックシステムによりどの程度抑圧されるのか定式化した。数値計算により試作した自動マッチング制御回路が十分に広帯域であることを確認した。さらに、ラットを用いて、呼吸及び心拍による外乱をどの程度抑圧できるか実験を行った。マイクロ波ディテクターの出力(電力)において理論的に予測された値どおりの-40dBの抑圧を得ることができた。

Research Products

• [Publications] G.He, S.Evalappan, H.Hirata, Y.Deng, S.Petryakov, P.Kuppusamy, J.L.Zweier: "Mapping of the B1 field distribution of a surface coil resonator using EPR imaging"Magnetic Resonance in Medicine. 48(6). 1057-1062 (2002)